第6章 转子与叶轮的制造工艺

3. 焊接转子
焊接转子由若干个轮盘和两个端轴拼焊 而成。
焊接式转子具有以下优点： 1) 焊接转子质量轻、锻件小、结构紧凑、承载能力 高； 2) 热应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷 的快速变化，使用寿命长； 3)每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各段的质 量可得到保证，探伤比较彻底，个别段即使发生质量 问题，处理也较方便； 4)小块锻件，热处理淬透性好，残余应力低，材质 均匀； 5)材料可按需要灵活选用； 6)机组的结构简单，而且运行经济性也有所提高。
焊接转子虽然具有启动热应力低、锻件尺寸 小、便于冶炼、锻造和热处理等有利条件，但 是由于汽轮机转子为高速旋转部件，动平衡要 求极高，不仅对焊缝质量要求极为严格，同时 还要求严格控制焊接变形和焊接残余应力。因 而高难度的焊接技术和复杂的焊接工艺限制了 焊接转子的发展和应用。 焊接转子可用于高参数大功率机组的高、中、 低压转子。尤其适用于工作在湿蒸汽区的重量 重，尺寸大的大功率机组低压转子。
6.1.3 汽轮机主轴和转子体锻件的 热稳定性试验
汽轮机主轴和转子体锻件热稳定性试验简称 “热跑”，是在模拟汽轮机实际运行温度条件 下(试验温度为工作温度+30~50℃)，使主轴或 转子体锻件以2~4r/min的转速旋转，通过测定 主轴或转子体锻件因热胀冷缩蠕变和应力释放 而发生变形所产生的挠度大小(标准规定不允许 超过0.050mm)，来判断其热稳定性是否合格的 一种试验方法。
推力盘 主油泵 测速齿轮
危急遮断器
高、中压转子上依次有#1轴承轴颈、 高压缸前汽封、高压排汽侧平衡活塞、 高压通流部分十二个反动式压力级动 叶片、调节级叶片、高压进汽侧平衡 活塞、中压平衡活塞、中压通流部分 九个反动式压力级动叶片、高中压缸 后汽封、#2轴承轴颈及联轴器。
中压平衡 活塞
高压进汽侧 平衡活塞 调节级叶 轮平衡孔 高压十二个反 动式动叶片
第6章 转子与叶轮的制造工艺 章
本章讲述以下几个问题：
6.1 汽轮机转子的制造工艺
6.1.1 wenku.baidu.com.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 汽轮机转子的组成和作用 转子的分类和结构型式 汽轮机主轴和转子体锻件的热稳定性试验 汽轮机转子叶根轮槽的加工 汽轮机转子的机械加工工艺
6.2 汽轮机叶轮的加工
6.1.4 汽轮机转子叶根轮槽的加工
转子和叶轮的叶根轮槽的型线和叶根型线一 样。从加工方法来看比叶根加工要简单得多。 除了轴向轮槽外都是在车床上车削加工。轮槽 加工不象叶根那样需要一套特殊的夹具，它只 要一套成型车刀和样板。从加工要求来看，轮 槽加工需要更高的技术。因为它的精度和叶根 相同，一不小心会造成整只转子或叶轮报废。 因此轮槽加工往往单独由一个工序来完成。
枞树型轮槽工艺过程： (1) 转子找正 (2) 低压转子末级圆弧槽加工
圆弧位置样板图
轮槽样柱
加工汽轮机转子轴向轮槽的专用数控铣床
6.1.5 汽轮机转子的机械加工工艺
1 整锻转子加工工艺： 加工工艺过程与编制要点： (1) (1)锻件进厂检验 复验转子的锻件外形尺寸和核对质保书。 对转子中心孔进行潜望镜检查，超声波和 磁粉探伤。 割取试样和应力试环，复验材料机械性能 和内应力试验。
在高温下工作时，叶轮内孔直径将因材料的 蠕变而逐渐增大，最后导致装配过盈量消失， 使叶轮与主轴之间产生松动，从而使叶轮中心 偏离轴的中心，造成转子质量不平街，产生剧 烈振动，且不利于机组快速起动。 (3) 用途 套装转子不宜作为高温高压汽轮机的高压转 子。一般用于工作温度低于400℃的中、低压 汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子。
2 焊接转子加工工艺 焊接转子的制造有下面几个主要阶段(不包括 检验)： 各焊接件的锻造和热处理； 各焊接件的机械加工； 焊前装配、预热、焊接和热处理； 转子的机械加工； 转子装配及动平衡。
3 套装转子加工工艺 加工工艺过程与编制要点： 热处理(调质、除应力)一般在厂内做，热跑 不做。 加工设备有大车(加工外圆与端面)与镗床 (加工键槽)。其加工工艺方法可参考整锻转子 在大型车上的加工，关键是由于是要套装叶 轮与汽封套圈等，故对于要红套的各轴径挡 需精加工(留余量)再根据叶轮内径与红套过盈 量做准。
1. T形叶根槽的加工
T形叶根轮槽的型线虽 多，但其加工方法是相近 的，都是用一套成型车刀， 先加工出简单型线，然后 逐渐做成所需要的轮廓。 最后用成型车刀精加工， 并用样板检验。
图6-6 T形轮槽的加工程序
整个工序由10个工步组成。黑线表示加工余 量。各工步中下面的图表示检验方法及所用的 量具。车轮槽时左右二侧支承面要求在同一平 面上，相对偏差不大于0.02毫米。
(5)转子在镗床上加工 加工内容：转子连接孔、平衡螺孔、其他一 般螺孔、轮槽末叶窗口、各键槽等。 (6)转子在钻床上的加工 加工内容：整锻转子叶轮上的平衡孔。 (7)转子上枞树型轮槽的加工 加工内容：转子叶轮上的纵树型轮槽。 (8)转子装配 转子装配主要是装配叶片，红套叶轮，同 时装汽封套圈与隔圈等
无中心孔转子具有的优点有：①工作应力低； ②安全性能好；③有利于使用更长的叶片； ④可以延长机组的使用寿命；⑤有利于改善 机组的启动性能，缩短启动时间；⑥造价便 宜。
(2)整锻转子的优点： 1)结构紧凑，装配零件少，可缩短轴向尺寸。 2)没有红套的部件，对机组启动和变工况的适应性 较强，适合于在高温条件下运行。 3)转子刚性较好，应力较小。 (3)整锻转子的缺点： 1)锻件重量重、尺寸大、加工制造困难、工艺要求 高、加工周期长。 2) 对锻件质量要求严格、且检验比较复杂、锻件 材料消耗大、不利于材料的合理使用、成本高。 整锻转子常用于高参数大功率机组的高压和中压转 子，或高转速的工业汽轮机转子。随着冶炼和锻造技 术的提高，大功率机组的低压转子也都采用整锻转子。
轮槽两侧相对偏差的保证
2. 枞树形叶根槽的加工
图6-8 末级轮槽加工所需轮槽铣刀
1-粗铣刀Ⅰ；2-粗铣刀Ⅱ；3-加深立铣刀；4-半精铣刀Ⅰ； 5-半精铣刀Ⅱ；6-精铣刀；7-断面铣刀
机床选择： 由于普通铣床无法加工大型枞树型轮槽，而大型 的数控铣床加工大型枞树型轮槽也存在精度问题，经 分析、试验，采用数控铣床加工此类轮槽，经三坐标 测量仪测定试件圆弧半径误差在0.0lmm~0.04mm之内， 该数控铣床的加工精度符合低压转压轮槽的加工要求。 分度选择： 分度装置使用分度头。经36面棱镜测试，该分度 头装置的分度精度为士15"基本上满足了转子加工精度。 而重要的问题是如何确保转子一轮槽的分度准确性。
1-轮缘；2-轮体；3-轮榖； 4-主轴；5-平衡孔
叶轮结构形式 ：
(a)、(b)等厚度叶轮；(c)等厚度和锥形叶轮；(d)、(e)锥形叶轮； (f)双曲线叶轮；(e)等强度叶轮
6.2.2 叶轮材料 叶轮属于大锻件类，一般采用中碳铬镍钼 钢，如：34CrNi3Mo、25Cr2NiMoV等。 6.2.3 汽轮机叶轮加工工艺 叶轮的制造工艺大体可分为三个阶段： 毛坯制造，一般在毛坯供应厂进行，包括锻 造、退火，荒加工，热处理，材料试验等。 机械加工，在机加工车间进行，加工后达到 零件图上的要求。 装配叶片及静平衡，在装配车间进行。
4. 组合式转子
组合转子是在整锻转子的轴上热套若干级低 压叶轮组成。它组合了整锻转子和套装转子两 者的优点。高温区用整锻可防止叶轮与主轴之 间的松动，有利于机组快速起动，并选用高温 性能好的材料；而低温区用套装可减少整锻转 子的重量和尺寸，便于锻件的供应，同时由于 低温区叶片长、应力高，叶轮可选用常温下强 度高的材料。 组合转子常用于高参数、中等功率的汽轮机 上。
影响转子热稳定性的主要因素
影响转子热稳定性的主要因素有材质因素和 制造因素两个方面: (1)材质因素 (2)制造因素 制造因素也分供方和需方两个方面: 1)供方因素 主轴或转子体锻件生产厂在生产制造过程中， 各道工序是否严格按工艺规范进行起着决定性 的作用。
主轴或转子体锻件在供方的制造过程包括: 冶炼→铸锭→加热→锻造→锻件外观检查→ 低倍试验→锻件毛坯超探→粗车→毛坯超探→ 性能热处理→超探→理化试验→打中心孔及孔 检查→切槽精车(按订货图或供方交货图加工， 主轴无切槽工序)→尺寸检查→合格交货。 2)需方因素 需方按标准复验的内容包括：中心孔检查→ 化学分析→残余应力→力学性能→硬度→超探 →酸洗(磁粉)→半精车后除应力→热稳定性试 验(按用户要求选做)等等。
2. 转子的主要结构型式 转子按制造工艺可分为套装、整锻式、组合 及焊接转子。 一台机组采用何种结构型式的转子，应根据 汽轮机的形势、参数和功率，遵循强度、振动 安全、工艺可行、机组运行可靠及锻件供应方 便的原则。
1. 套装转子
(1)套装转子的优点： 单件加工方便，制造工艺简单； 主轴和各级叶轮可分散平行加工，生产周期 短； 叶轮、主轴等锻件尺寸小，锻件质量容易保 证。 (2) 套装转子的缺点： 转子刚性较差，静挠度较大； 轮孔应力大，尤其是工作于湿蒸汽区的末几 级叶轮，在键槽处容易产生应力腐蚀
(2)热跑前粗加工与检验 按热跑图车准各外形尺寸。 各挡外圆和端面，粗糙度Ra3.2；轴承挡 外圆和热跑测点外圆粗糙度Ra1.6。 (3)热跑试验 按PS600297《汽轮机锻件转子的热稳定 试验》规程做热跑试验。 (4)转子的半精、精加工 加工内容：转子外圆、端面、叶轮、轴承 挡、汽封处、轮槽(T型、叉型、外包型等)，动 叶围带等。
6.2 汽轮机叶轮的加工工艺
6.2.1 叶轮主要结构形式 汽轮机叶片安装于叶轮上， 叶轮起到固定叶片并传动力的作 用，叶轮是高速旋转的部件，除 承受自身离心力外，还要受到叶 片、轴以及蒸汽的作用力。 汽轮机叶轮有直接在转子本体 上的整体结构，有加工后再套到 转子上的套装式叶轮，通常由轮 缘、轮面、轮毂三部分组成 。
(9)转子动叶围带的加工 一般转子在装好叶片后，根据设计要求须 对叶片围带进行外圆与轴向端面的加工，围带 加工的尺寸与要求，一般在转子装配图中标出， 个别的在叶片部套图中标出，工艺编制中要根 据设计注明围带加工图。 (10)转子的检验 转子作为汽轮机中重要而关键的零件，对 其检验也有一定的要求。主要有：转子进厂检 验、磁粉和超声波探伤、酸洗、内应力试验与 完工后的磁粉探伤等检验项目。
6.2.1 叶轮主要结构形式 6.2.2 叶轮材料 6.2.3 汽轮机叶轮加工工艺
6.1 汽轮机转子的制造工艺
6.1.1 汽轮机转子的组成和作用
1. 汽轮机转子的组成 汽轮机转动部件的组合体称为转子，它由 主轴、叶轮(或转鼓)、动叶片、联轴器及装在 主轴上的其它零件组成。 2. 汽轮机转子的作用 转子的作用是把蒸汽的动能转变为机轴旋 转的机械能，对外输出机械功。
转子装配：主要是装配叶片，红套叶轮，同 时装汽封套圈与隔圈等，金工工艺中一般不具 体写明装配内容，而写上详见装配工艺卡。钻 末叶销孔也安排于装配工序中，包括转子动平 衡等。 装配工艺一般道序为：装叶片．．．红套叶 轮．．．车围带．．．送装配，做动平衡。
4 组合转子的加工 组合转子是在整锻转子的轴上热套若干级 低压叶轮组成。 它组合了整锻转子和套装转子两者的优点， 其加工工艺也综合了整锻转子与套装转子的方 法，高、中压部分按整体转子加工(有叶轮带有 各种叶根槽)、低压部分(套装叶轮)按套装转子 加工相关的轴径挡(红套过盈)。转子装配主要 是装配整体叶轮上的叶片，车好围带后再红套 叶轮(同时装汽封套圈与隔圈等)，再进入转子 动平衡。
2. 整锻转子
整锻转子的叶轮、主轴和其它零件是用整 体毛坯锻造以后再加工的。主要优点是：叶 轮和主轴是整体的，高温下不会松动；装配 零件少、结构紧凑；强度高、刚性好。缺点 是锻件尺寸大、加工制造困难、 材料消耗大。 主要用于大功率汽轮机的高压转子。
(1)整锻转子结构形式 1)有中心孔的整锻转子
2)无中心孔的整锻转子
高压排汽侧 平衡活塞
调节级 叶片
高中压缸 前汽封 #1轴承 轴颈
加平衡螺塞 的工艺孔
中间进汽，两 侧对称分流。
6.1.2 转子的分类和结构型式
1. 转子的分类 按形状可分为转轮型和转鼓型； 按主轴与其他部件间的组合方式，转子可 分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合 转子四大类； 按中心孔分为有中心孔转子和无中心孔转 子 以转子工作段来划分：主轴、高压转子、 高中压转子、中压转子和低压转子(有时分低 压I转子与低压Ⅱ转子)等。